一种基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统，属于电动驱动领域，解决了现有技术中大功率电动舵机驱动系统过载能力弱、可靠性差或存在电磁干扰、占用控制器资源的问题。包括：供电模块、控制信号隔离模块、霍尔信号接口模块、换向逻辑生成模块、死区模块、驱动信号放大隔离模块、缓冲电路模块、母线电压检测模块、驱动电流检测模块。仅需要一路控制转速大小的PWM信号和一路控制转速方向的方向控制信号，由内部逻辑生成电路生成所需的六路开关逻辑信号；实现了高压大功率电动舵机的弹上应用，具有高集成、高效率、高可靠和短时高倍过载能力，抗干扰能力强，电磁兼容性好，短时高倍过载能力强，有利于提高整弹的技术指标。

A driving system of high voltage and high power electric actuator based on IGBT

The invention relates to a high-voltage and high-power electric steering gear drive system based on IGBT, which belongs to the field of electric drive. The problems of weak overload capacity, poor reliability, electromagnetic interference and controller resource occupation of the high-power electric steering gear drive system in the prior art are solved. It includes: power supply module, control signal isolation module, Hall signal interface module, commutation logic generation module, dead zone module, drive signal amplification and isolation module, buffer circuit module, bus voltage detection module, drive current detection module. Only one PWM signal controlling the speed and one directional control signal controlling the direction of the speed are needed to generate the six switching logic signals needed by the internal logic generating circuit.The missile application of the high voltage and high power electric steering engine is realized,which has the advantages of high integration,high efficiency,high reliability and short-time high-power overload ability,and anti-interference. Strong capability, good electromagnetic compatibility, short-term high-power overload capability, is conducive to improving the technical indicators of the whole missile.

【技术实现步骤摘要】
一种基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统
本专利技术涉及电动驱动
，尤其涉及一种基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统。
技术介绍
电动机是将电能转换为机械能装置，在国民经济中起着重要作用；按照功率大小划分，电动机可以分为超大、大、中、小、微等不同类型。受弹上供电电压、控制成熟度和可靠性等方面限制，目前弹上广泛应用的一般为中、小型电动舵机。由于电动舵机相对于电液舵机在设计灵活性、功率密度、能量管理、多余度设计等方面具有显著优势，弹用大功率电动舵机成为人们研究攻克的对象。大功率电动舵机的驱动系统设计是其实现弹上应用的关键。与有人参与、便于维护的地面、舰船、飞机等应用环境不同，弹上使用环境对大功率电动舵机的电磁兼容、效率、可靠性和短时高倍过载能力等方面具有更加严格的要求。现有技术中存在基于智能功率模块的驱动方案、基于功率MOSFET并联的驱动方案和基于门驱动光耦合器的一级隔离驱动方案等。其中，基于智能功率模块的驱动方案有过度保护的风险，允许过载的能力弱，内部技术状态不透明，不适合弹上应用环境。基于功率MOSFET并联的驱动方案靠多个功率MOSFET的并联提高驱动能力，存在并联支路的均流问题，可靠性较低，满载条件下功率管关断时间长，电动舵机的频率特性难以满足要求。基于门驱动光耦合器的一级隔离驱动方案供电系统仅在控制电与功率电之间进行一级隔离，存在功率电通过电磁感应对控制电产生电磁干扰的问题，如控制电通过霍尔转子位置传感器供电系统引入电磁干扰；所需控制信号多，由控制器直接提供六路切换逻辑信号，占用控制器资源较多，不适合一个控制器控制四路舵机的弹上经典一拖四控制构架。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统，用以解决现有大功率电动舵机驱动系统过载能力弱、可靠性或存在电磁干扰、占用控制器资源的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：提供了一种基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统，包括：控制信号隔离模块、霍尔信号接口模块、换向逻辑生成模块、驱动信号放大隔离模块、驱动电流检测模块；所述控制信号隔离模块用于隔离外部控制器与驱动系统之间的数字信号，并向换向逻辑生成模块输出隔离后的PWM信号和方向控制信号；所述霍尔信号接口模块用于电机霍尔信号电平转换及滤波整形，并将处理后的电机霍尔信号传递给换向逻辑生成模块；所述换向逻辑生成模块根据接收到的电机霍尔信号、PWM控制信号和方向控制信号，由内部逻辑生成电路生成三相桥换向逻辑信号并输出；所述驱动信号放大隔离模块对接收到的换向逻辑信号进行功率放大，并将换向逻辑信号转换为隔离的开通正电压和关断负电压，用于控制所述IGBT的开通与关断；所述驱动电流检测模块用于电机驱动电流检测，并将检测到的电流信号传递给所述控制信号隔离模块。本专利技术有益效果如下：本专利技术减少驱动系统所需控制信号个数，仅需要一路控制转速大小的PWM信号和一路控制转速方向的方向控制信号，由内部逻辑生成电路生成所需的六路开关逻辑信号；实现高压大功率电动舵机的弹上应用，具有高集成、高效率、高可靠和短时高倍过载能力，抗干扰能力强，电磁兼容性好，短时高倍过载能力强，有利于提高整弹的技术指标。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：进一步，还包括死区模块，用于防止同一桥臂的上下管短路；所述换向逻辑生成模块生成的三相桥换向逻辑信号，经过死区模块后，输出给所述驱动信号放大隔离模块。采用上述进一步方案的有益效果是：通过死区模块进行时间设置，实现“缓开快关”功能，避免上下桥臂瞬时短路。进一步，所述内部逻辑生成电路由分立的集成电路按照换向逻辑公式搭建而成，所述逻辑公式如下：GU1＝(AB’D+A’BD’)PWM；GU2＝(BC’D+B’CD’)PWM；GU3＝(A’CD+AC’D’)PWM；GB1＝(A’BD+AB’D’)PWM；GB2＝(B’CD+BC’D’)PWM；GB3＝(AC’D+A’CD’)PWM；其中，GU1、GU2、GU3分别为桥臂1、2、3的上桥臂IGBT门极驱动逻辑信号，GB1、GB2、GB3分别为桥臂1、2、3的下桥臂IGBT门极驱动逻辑信号，A、B、C为三相霍尔信号，A’、B’、C’为三相霍尔信号A、B、C的反信号，D为方向控制信号，D’为方向控制信号D的反信号，PWM为速度控制信号。进一步，还包括母线电压检测模块，用于母线电压分压，经线性光耦隔离和低通滤波后，生成表征母线电压的模拟信号，实现母线电压检测。进一步，还包括供电模块，包括：控制信号供电单元、驱动系统前级供电单元和驱动系统后级供电单元；所述控制信号供电单元为驱动电流检测模块、母线电压检测模块、控制信号隔离模块供电；所述驱动系统前级供电单元为霍尔信号接口模块、换向逻辑生成模块、死区模块、驱动信号放大隔离模块供电；所述驱动系统后级供电单元为驱动信号放大隔离模块供电。采用上述进一步方案的有益效果是：采用二级隔离供电，降低舵机强电与控制系统弱电之间的电磁干扰；进一步，还包括缓冲电路模块，所述缓冲电路模块采用至少两支并联的电阻电容缓冲电路，用于功率管开通关断时的电压电流缓冲。进一步，所述驱动信号放大隔离模块包括：信号输入端与三极管T1的基极相连，三极管的发射极接地，电阻R13、电容C31并联在三极管基极与发射极之间，三极管的集电极与发光二极管的阴极、电阻R15的一端相连，发光二极管的阳极经电阻R14与电源+5V端相连，R15的另一端接光耦合器U7的3脚，U7的2脚接电源+5V端，U7的5脚、6脚分别与VEE端、电阻R16的一端相连，U7的7脚与信号输出端、R16的另一端相连，U7的8脚与VDD端、电解电容C33的正极、电容C32的一端相连，C33的负极、C32的另一端分别与R16的一端相连；所述信号输入端用于输入所述GU1/GU2/GU3/GB1/GB2/GB3信号，所述信号输出端用于连接所述GU1/GU2/GU3/GB1/GB2/GB3信号对应控制的IGBT的门极。采用上述进一步方案的有益效果是：通过驱动信号放大隔离措施，保证功率管快速可靠地开通关断。进一步，所述死区模块包括：逻辑变换电路、阻容充放电电路和施密特整形电路，所述逻辑变换电路用于校正逻辑电平；所述阻容充放电电路用于提供开通、关断之间的时间延时，实现IGBT“缓开快关”的死区功能；所述施密特整形电路用于提升信号边沿的陡峭度。进一步，还包括母线电压检测模块，包括：分压电路和隔离电路，所述分压电路采用二级分压，第一级分压电路将2倍功率电电压的分压到8V，第二级分压电路将8V电压分压到2V；所述隔离电路采用线性光耦HCNR201-300进行隔离。进一步，所述霍尔信号接口模块还用于电机霍尔传感器供电。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例中基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统，其特征在于，包括：控制信号隔离模块、霍尔信号接口模块、换向逻辑生成模块、驱动信号放大隔离模块、驱动电流检测模块；所述控制信号隔离模块用于隔离外部控制器与驱动系统之间的数字信号，并向换向逻辑生成模块输出隔离后的PWM信号和方向控制信号；所述霍尔信号接口模块用于电机霍尔信号电平转换及滤波整形，并将处理后的电机霍尔信号传递给换向逻辑生成模块；所述换向逻辑生成模块根据接收到的电机霍尔信号、PWM控制信号和方向控制信号，由内部逻辑生成电路生成三相桥换向逻辑信号并输出；所述驱动信号放大隔离模块对接收到的换向逻辑信号进行功率放大，并将换向逻辑信号转换为隔离的开通正电压和关断负电压，用于控制所述IGBT的开通与关断；所述驱动电流检测模块用于电机驱动电流检测，并将检测到的电流信号传递给所述控制信号隔离模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于IGBT的高压大功率电动舵机驱动系统，其特征在于，包括：控制信号隔离模块、霍尔信号接口模块、换向逻辑生成模块、驱动信号放大隔离模块、驱动电流检测模块；所述控制信号隔离模块用于隔离外部控制器与驱动系统之间的数字信号，并向换向逻辑生成模块输出隔离后的PWM信号和方向控制信号；所述霍尔信号接口模块用于电机霍尔信号电平转换及滤波整形，并将处理后的电机霍尔信号传递给换向逻辑生成模块；所述换向逻辑生成模块根据接收到的电机霍尔信号、PWM控制信号和方向控制信号，由内部逻辑生成电路生成三相桥换向逻辑信号并输出；所述驱动信号放大隔离模块对接收到的换向逻辑信号进行功率放大，并将换向逻辑信号转换为隔离的开通正电压和关断负电压，用于控制所述IGBT的开通与关断；所述驱动电流检测模块用于电机驱动电流检测，并将检测到的电流信号传递给所述控制信号隔离模块。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括死区模块，用于防止同一桥臂的上下管短路；所述换向逻辑生成模块生成的三相桥换向逻辑信号，经过死区模块后，输出给所述驱动信号放大隔离模块。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述内部逻辑生成电路由分立的集成电路按照换向逻辑公式搭建而成，所述逻辑公式如下：GU1＝(AB’D+A’BD’)PWM；GU2＝(BC’D+B’CD’)PWM；GU3＝(A’CD+AC’D’)PWM；GB1＝(A’BD+AB’D’)PWM；GB2＝(B’CD+BC’D’)PWM；GB3＝(AC’D+A’CD’)PWM；其中，GU1、GU2、GU3分别为桥臂1、2、3的上桥臂IGBT门极驱动逻辑信号，GB1、GB2、GB3分别为桥臂1、2、3的下桥臂IGBT门极驱动逻辑信号，A、B、C为三相霍尔信号，A’、B’、C’为三相霍尔信号A、B、C的反信号，D为方向控制信号，D’为方向控制信号D的反信号，PWM为速度控制信号。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括母线电压检测模块，用于母线电压分压，经线性光耦隔离和低通滤波后，生成表征母线电压的模拟信号，实现母线电压检测。5.根据权利要求1-4之一所述的系统，其特征在于，还包括供...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，马俊，魏厚震，蔡霖，余东东，周林阳，李石，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11